Oracle 智能化內(nèi)存管理特性與配置方法

王文娟，王潤(rùn)中

（1.廣州南洋理工職業(yè)學(xué)院，廣州510900；2.Northern Alberta Institute of Technology，加拿大）

0 引言

以O(shè)racle 數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品享譽(yù)全球的Oracle 公司，在2013 年后成為繼Microsoft 后全球第二大軟件公司，而其中的數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品Oracle 11g，又以其自動(dòng)內(nèi)存管理被認(rèn)為是內(nèi)存走向智能化的重要管理階段，是數(shù)據(jù)庫(kù)軟件發(fā)展的一個(gè)里程碑。Oracle 從可占OS 系統(tǒng)內(nèi)存的1/3 到1/2，直到占用80%的內(nèi)存，如此高占比物理內(nèi)存促使我們有必要在校企合作實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)中探討Oracle 的內(nèi)存管理。根據(jù)工作負(fù)載情況，通過(guò)對(duì)SGA 和PGA 監(jiān)測(cè)，在多種內(nèi)存管理方式下選擇不同的內(nèi)存管理方式并進(jìn)行各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并充分利用其智能化內(nèi)存管理特性，使得數(shù)據(jù)庫(kù)性能達(dá)到最優(yōu)。

1 Oracle的內(nèi)存概覽

在裝有Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)的計(jì)算機(jī)上，其內(nèi)存主要由SGA、PGA 和UGA 組成，如圖1 所示，通常講的Oracle的內(nèi)存管理，主要是對(duì)SGA 和PGA 這兩部分區(qū)域進(jìn)行管理。

當(dāng)Oracle 啟動(dòng)時(shí)，首先使用的是靜態(tài)內(nèi)存管理，此時(shí)的內(nèi)存是按照SGA 內(nèi)預(yù)先配置好參數(shù)進(jìn)行內(nèi)在分配；當(dāng)實(shí)例啟動(dòng)時(shí)，Oracle 會(huì)自動(dòng)分配SGA，當(dāng)關(guān)閉例程時(shí)，Oracle 會(huì)自動(dòng)釋放SGA 所占用的空間；PGA 是在服務(wù)器進(jìn)程啟動(dòng)或創(chuàng)建時(shí)分配，并為服務(wù)器進(jìn)程所專用；UGA 則是為用戶進(jìn)程存儲(chǔ)會(huì)話狀態(tài)的。

圖1 Oracle內(nèi)存結(jié)構(gòu)

自動(dòng)管理模式是在Oracle 9i 開(kāi)始引入的，先是PGA 自動(dòng)管理，SGA 仍為手動(dòng)管理；在10g 時(shí)Oracle 推出了ASMM，實(shí)現(xiàn)了SGA 和PGA 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的自調(diào)節(jié)，即PGA 和SGA 均為自動(dòng)管理；進(jìn)入11g 之后，自動(dòng)內(nèi)存管理AMM 實(shí)現(xiàn)對(duì)SGA 和PGA 的規(guī)劃全部統(tǒng)籌，因而AMM 成為數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展中的重要部分，這種對(duì)PGA和SGA 統(tǒng)一進(jìn)行自動(dòng)管理，從某種程度上來(lái)說(shuō)內(nèi)存管理逐漸的走向智能化。

1.1 系統(tǒng)全局區(qū)SGA的管理

SGA（System Global Area）是用于加載數(shù)據(jù)、對(duì)象并保存運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)庫(kù)控制信息的一塊內(nèi)存區(qū)域，在數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行分配，大小通常SGA 與操作系統(tǒng)、內(nèi)存大小、CPU、同時(shí)登錄的用戶數(shù)有關(guān)；在數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中，內(nèi)存大小可以在線修改與自動(dòng)配置，這便是動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理。

SGA 是一個(gè)共享的內(nèi)存結(jié)構(gòu)，每個(gè)實(shí)例都有自己的SGA 區(qū)。當(dāng)多個(gè)用戶并發(fā)地連接到同一個(gè)實(shí)例后，這些用戶將共享此實(shí)例SGA 中的數(shù)據(jù)。圖2 是SGA的基本內(nèi)存結(jié)構(gòu)，除了數(shù)據(jù)高速緩沖區(qū)（Data Buffer Cache）、重做日志緩沖區(qū)（Redo Log Buffer）、共享池（Shared Pool）、Java 池（Java Pool）、大型池（Large Pool）外，還包括三個(gè)子緩沖區(qū)：保留緩沖區(qū)、循環(huán)緩沖區(qū)和非標(biāo)準(zhǔn)大小塊緩沖區(qū)。

圖2 SGA內(nèi)存結(jié)構(gòu)

Oracle 支持動(dòng)態(tài)SGA 特性，無(wú)需關(guān)閉實(shí)例，在無(wú)DBA 的干預(yù)的情況下，根據(jù)系統(tǒng)上的工作負(fù)載，就可以自動(dòng)調(diào)整數(shù)據(jù)高速緩沖區(qū)、共享池和大型池的大小。池可以進(jìn)行擴(kuò)展也可以進(jìn)行縮小，前者是為滿足自身增長(zhǎng)需求，后者則是滿足其他池的擴(kuò)展需求。

1.2 管理方法

Oracle 從Oracle 9i 開(kāi)始支持動(dòng)態(tài)SGA 特性。ASMM（Automatic Shared Memory Management）的主要工作是讓DBA 不再需要手工設(shè)置shared pool、buffer pool 等若干內(nèi)存池的大小，而AMM 的引入，則使得Oracle 內(nèi)存管理更加靈活多樣，組合出來(lái)有5 種內(nèi)存管理形式，即自動(dòng)內(nèi)存管理，自動(dòng)共享內(nèi)存管理，手工共享內(nèi)存管理，自動(dòng)PGA（Program Global Area）管理，手動(dòng)PGA 管理方式。單擊“自動(dòng)內(nèi)存管理”禁用按鈕，并選擇“啟用自動(dòng)共享內(nèi)存管理”，DBA 可以在此頁(yè)中使數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)設(shè)置下的各SGA 組件的內(nèi)存達(dá)到最佳分配方式。如此實(shí)現(xiàn)AMM 和ASMM 的切換，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)存多種管理方式，具體內(nèi)存管理方式設(shè)置見(jiàn)表1 內(nèi)存管理方式設(shè)置表。

如果指定了MEMORY_TARGET 沒(méi)有指定MEMORY_MAX_TARGET，重啟后MEMORY_MAX_TARGET=MEMORY_TARGET。如果指定了MEMORY_MAX_TARGET 而沒(méi)有指定MEMORY_TARGET，重啟后MEMORY_TARGET 為0。

表1 內(nèi)存管理方式設(shè)置表

1.3 參數(shù)設(shè)置

Oracle 10g 引入sga_target，可以自動(dòng)對(duì)SGA 進(jìn)行調(diào)整，且SGA 的總大小不能超過(guò)初始化參數(shù)SGA_MAX_SIZE 的設(shè)置，具體命令如下：

SQL>ALTERSYSTEMSETSGA_MAX_SIZE=***MSCOPE=SPFILE;

SQL>ALTER SYSTEM SET SGA_TARGET=***MSCOPE=SPFILE;

Oracle 11g 則對(duì)這SGA 和PGA 兩部分進(jìn)行綜合，引入memory_target，可以自動(dòng)調(diào)整所有的內(nèi)存，即自動(dòng)內(nèi)存管理。11g 里面引入了兩個(gè)成對(duì)的新參數(shù)——memory_target 和memory_max_target，這兩個(gè)參數(shù)讓SGA 和PGA 在總的內(nèi)存量?jī)?nèi)靈活自動(dòng)調(diào)整，在默認(rèn)情況下，sga_target 和pga_aggreargate，target 設(shè)置為零，也就是說(shuō)采用了新的自動(dòng)調(diào)整參數(shù)方式。MEMORY_TARGET 可被動(dòng)態(tài)調(diào)整，但要注意不可超過(guò)MEMORY_MAX_TARGET 的值。

注意，當(dāng)處在ASMM 狀態(tài)時(shí)，設(shè)置SGA 各部分內(nèi)存參數(shù)的最小值限制；在處在AMM 狀態(tài)時(shí)，若此時(shí)的數(shù)據(jù)庫(kù)使用了SPFILE，由于數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)閉后，系統(tǒng)會(huì)將上一次數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)閉時(shí)的內(nèi)存分配狀態(tài)記錄下來(lái)，建議使用SPFILE。具體命令如下：

SQL>ALTER SYSTEM SET MEMORY_MAX_TARGET=***M SCOPE=SPFILE;

從一般意義上講SGA 越大系統(tǒng)的性能越好，但這兩個(gè)參數(shù)不宜設(shè)置過(guò)高，不應(yīng)超過(guò)系統(tǒng)實(shí)際內(nèi)存的1/2，否則在實(shí)例啟動(dòng)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

2 程序全局區(qū)PGA的管理

與多個(gè)進(jìn)程共享的SGA 相反，PGA（Program Global Area）是只為一個(gè)用戶進(jìn)程服務(wù)的，其作用是保護(hù)會(huì)話信息、排序信息以及用戶的私有數(shù)據(jù)信息。只有該用戶的服務(wù)進(jìn)程能夠訪問(wèn)它自己的PGA 區(qū)。當(dāng)用戶進(jìn)程連接到Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，創(chuàng)建一個(gè)會(huì)話并通過(guò)C語(yǔ)言的運(yùn)行時(shí)調(diào)用malloc（）或memmap（）來(lái)分配內(nèi)存，會(huì)話結(jié)束時(shí)，PGA 被釋放。

2.1 PGA的內(nèi)存結(jié)構(gòu)

對(duì)于這種只有操作系統(tǒng)進(jìn)程或線程專用的內(nèi)存，PGA 包含了工作區(qū)（SQL Work Areas）、會(huì)話區(qū)（Session Memory）和私有SQL 區(qū)，而SQL Work Areas 又由sort area、hash area、bitmap merge area 組成如圖3 所示。

圖3 PGA內(nèi)存結(jié)構(gòu)

這些組件分工各有不同，Session Memory 主要存儲(chǔ)一些登錄的信息。Private SQL Area 分為永久區(qū)域（Persistent Area）和時(shí)區(qū)域（Runtime Area）。永久區(qū)域存儲(chǔ)綁定變量等信息，在游標(biāo)關(guān)閉時(shí)釋放；運(yùn)行時(shí)區(qū)域存放了SQL 語(yǔ)句運(yùn)行時(shí)的信息，如執(zhí)行查詢的狀態(tài)信息、查詢工作區(qū)（SQL Work Areas）等。不過(guò)對(duì)于共享服務(wù)器模式，Session 這部分內(nèi)存在SGA 中分配。

2.2 參數(shù)設(shè)置

PGA 分兩種管理模式，一是手動(dòng)PGA 內(nèi)存管理，用于為用戶指定排序區(qū)和散列區(qū)所使用的內(nèi)存，且每個(gè)連接使用相同的內(nèi)存。二是自動(dòng)PGA 內(nèi)存管理，即只設(shè)置Oracle 可以使用的PGA 的總量，由Oracle 根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載決定具體分配，可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)大也可以回收。

根據(jù)表1，在11g 中要進(jìn)行手動(dòng)內(nèi)存管理時(shí)，先關(guān)閉自動(dòng)內(nèi)存管理AMM，然后才能設(shè)置PGA 具體命令如下：

SQL>ALTER SYSTEM SET MEMORY_TARGET=0;

若PGA 設(shè)為自動(dòng)內(nèi)存管理，PGA_AGGREGATE_TARGET 設(shè)置為非0 值，具體命令如下：

SQL>ALTER SYSTEM SET PGA_AGGREGATE_TARGET=***M;

如果設(shè)置workarea_size_policy 為auto 則sort_area_size,hash_area_size 等參數(shù)不用被忽略；如果workarea_size_policy 為manual，則進(jìn)行sort_area_size,hash_area_size 等參數(shù)設(shè)置生效。

3 工作任務(wù)與配置選擇

我們可以對(duì)圖2 所示的SGA 的各個(gè)組件均可進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以根據(jù)監(jiān)測(cè)的情況調(diào)整各個(gè)組件參數(shù)的值，也可以直接根據(jù)工作任務(wù)進(jìn)行配置。

3.1 聯(lián)機(jī)事務(wù)處理情況

在進(jìn)行聯(lián)機(jī)事務(wù)處理時(shí)，對(duì)于物理內(nèi)存16GB，根據(jù)Oracle 官方提供的使用經(jīng)驗(yàn)，一般Oracle 所占物理內(nèi)存的80%分配給SGA，只給PGA 內(nèi)存設(shè)置20%，命令如下：

SQL>ALTER SYSTEM SET SGA_MAX_SIZE=10g SCOPE=SPFILE;

SQL>ALTER SYSTEM SET SGA_TARGET=10g SCOPE=SPFILE;

SQL>ALTER SYSTEM SET WORKAREA_SIZE_POLICY=AUTO SCOPE=BOYH;

SQL>ALTER SYSTEM SET PGA_AGGREGATE_TARGET=2000M SCOPE=BOYH;

但是通過(guò)對(duì)內(nèi)存監(jiān)測(cè)，最后師生們普遍認(rèn)為SGA與PGA 的總和不宜超過(guò)總內(nèi)存的70%。

3.2 大型池的調(diào)整

我們要做備份，需要使用大型池，此時(shí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)沒(méi)有大量的數(shù)據(jù)，在自動(dòng)內(nèi)存管理模式下，自動(dòng)將縮小數(shù)據(jù)緩沖區(qū)并抽調(diào)該內(nèi)存為大型池服務(wù)。

不過(guò)，此時(shí)SGA 中的有些池不受動(dòng)態(tài)大小調(diào)整的影響，例如非標(biāo)準(zhǔn)塊大小的緩沖池，以及KEEP 池或RECYCLE 池的非默認(rèn)塊大小。再有，就是日志緩沖區(qū)、數(shù)據(jù)高速緩沖區(qū)同樣可以不受內(nèi)存調(diào)整的影響。

在手工管理方式下，做備份一般對(duì)大型池設(shè)置較大一些，具體命令如下：

SQL>ALTER SYSTEM SET LARGE_POOL_SIZE=128M;

3.3 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的調(diào)整

數(shù)據(jù)緩沖區(qū)用于緩存從數(shù)據(jù)文件中檢索出來(lái)的數(shù)據(jù)塊，它與查詢效率和更新數(shù)據(jù)的性能緊密相關(guān)，通過(guò)使用如下命令查看情況：

SQL>SHOW PARAMETER db_cache_size;

如果db_cache_size 顯示為0，這并不意味著Oracle 沒(méi)有給實(shí)例分配了數(shù)據(jù)庫(kù)高速緩沖區(qū)，而是在SGA在自動(dòng)管理模式。使用以下命令查看命中率：

SQL>select 1-（（physical.value-direct.value-lobs.value）/logical.value）

2"Buffer Cache Hit Ratio"

3 from v$sysstat physical,v$sysstat direct,v$sysstat lobs,v$sysstatlogical

4 where physical.name='physical reads'

5 anddirect.name='physical reads direct'

6 andlobs.name='physical reads direct（lob）'

7 andlogical.name='session logical reads';

如果此時(shí)顯示命中率低于90%，要適度調(diào)整db_cache_size 的大小，命令下：

SQL>ALTER SYSTEM SET db_cache-size=1120M;